出生缺陷生物样本库建设及管理实践

姜晏++++++李璐++++++吴玉璘++++++林宁++++++许豪勤

[摘要] 从基层妇幼保健和计划生育服务站点收集出生缺陷相关样本并做服务对象的相关信息收集和样本检测，设计开发样本库管理软件，规划编码样本库内的存储空间，利用开发的管理软件管理标准化处理的大量样本，存入规划好的空间保存。探索建立基于基层的出生缺陷预防生物样本库的工作经验，为基层群众提供服务和相关研究积累样本资源。江苏省计划生育科学技术研究所目前保存唐筛、耳聋、无创产前筛查、先天性心脏病标本合计超过万例，初步建立了规范的出生缺陷预防生物样本库，将开发设计的样本库管理软件用于出生缺陷预防和研究服务，为后面的持续研究奠定基础。

[关键词] 出生缺陷；生物样本库；信息系统

[中图分类号] R197 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2017）10（c）-0164-04

Establishment and management of birth-defect biobank

JIANG Yan1* LI Lu2* WU Yulin1 LIN Ning1 XU Haoqing1

1.Diagnosis Center， Jiangsu Family Planning Science and Technology Research Institute， Jiangsu Province， Nanjing 210036， China； 2.Reproductive Medicine Center， Chongqing Population and Family Planning Science and Technology Research Institute， Chongqing 400020， China

[Abstract] Birth defects samples are collected from primary maternal and child health care and family planning service sites， the relevant information of service objects collected and the samples detected. Designing biobank management software， encoding storage space， using the management software to manage large sample of standardized processing， store in planned space. This article discusses the work experience of birth-defect biobank establishment based on the basic level， in order to provide service for grass-roots and accumulate sample resources for research. Jiangsu Family Planning Science and Technology Research Institute has ten thousands of blood samples and DNA extractions of screening for Down symdrome， deafness， noninvasive prenatal screening， congenital heart disease， preliminarily establishes a standardized birth-defect biobank， put biobank management software into birth-defect prevention and research， which lay the foundation for the continued study.

[Key words] Birth-defect； Biobank； Information software

出生缺陷是影响中国儿童健康和出生人口素质的重大公共民生问题。2012年发表的中国出生缺陷防治报告指出，我国出生缺陷高发，发病率约为5.6%，每年新增出生缺陷数约为90万例，其中约有25万新生儿在出生时明显可见出生缺陷[1]。出生缺陷是环境和遗传因素的共同作用的结果，其中由于一部分遗传因素所致的出生缺陷可以通过特定的检测方法进行检查，可以提早进行干预防治。国家高度重视预防和减少出生缺陷发生，开展的“国家免费孕前优生健康检查项目”逐步实现城乡全覆盖，目前仍然在全力推进和提升服务质量，并为健康中国建设提供有力保障[2]。江苏省在开展国家孕前检查项目工作的同时进行应用研究，根据出生缺陷在人群中调查和预防工作的精神，从群众健康需求出发，在整合基层资源和江苏省计划生育科学技术研究所（以下简称“我所”）中心实验室资源的基础上，在“江苏省出生缺陷筛查及诊断实验室能力建设”项目的要求下，建立出生缺陷实验室筛查平台和出生缺陷生物样本库。

生物样本库指的是标准化收集、处理、储存和应用健康以及疾病生物体的生物大分子、细胞、组织和器官等样本或经处理过的生物样本（DNA、RNA等）以及与这些生物样本相关的情况调查和知情同意等資料[3]。出生缺陷生物样本库需要标准化的实验室信息管理系统和样本管理系统，能够为出生缺陷早期干预提供强有力的支持。样本管理系统也是建立标准化的样本质量控制和样本信息管理的重要手段[4]。生物样本库为提高生物医学研究质量、探索更好更安全的医疗方法提供了宝贵的资源，因此近年来备受关注。在这个背景下，中国生物样本库协会于2010年成立，每年召开中国生物样本库标准化建设与应用研讨会暨中国生物样本库院长高峰论坛，2011年制定的中国生物样本库行业规范[5]将医学研究中临床研究的重要性提到前所未有的高度，给中国临床研究注入了积极的活力，也给临床生物样本库的发展创造了良好机遇。endprint

1 建立信息化的出生缺陷样本库

建立出生缺陷生物样本库系统需要多方面配合，包括医学伦理和知情通知书签订、实验室环境设施、配套的管理软件和硬件设备、采集运输分离管理流程规范等环节。

1.1 医学伦理委员会管理

我所生物樣本库设有管理委员会、学术委员会及伦理委员会，由专职人员负责管理，管理服务对象的样本和孕产史家族史信息采集中的相关伦理道德问题。所有样本都由服务对象本人和采集医生在知情同意书上签名，样本取用也要通过相关手续进行。

1.2 实验室环境设施

我所生物样本库规划为样本处理区和样本存储区、核酸提取室、资料室及低温存储室。主要设备包括：-80℃超低温冰箱、4℃低温离心机、超微量分光光度计、24 h冷链监控系统等。24 h冷链监控系统包括温度探测设备、温度监控设备、报警器、服务器等。此冷链监控系统可以动态监测温度，具有设置报警温度上下线范围和超温报警及通知的功能，当保存箱中的温度高于系统预设温度时，会发出报警声，并且系统会在软件端弹出通知，提示实验室人员。同时，定期检查样本库温控探头，避免温控失效，从而最大限度保证样本的冻存环境，以保证样本的质量。

1.3 信息系统和相关硬件

采用雷奥公司开发的生物样本库智能信息管理系统，可根据资料的内容设计开发设置需求模块。液氮罐、冰箱可以实现可视化存储，实时获取样本库的数据。数据包含样本编码、采集日期、类型、存储方式以及存储位置等字段，可以灵活删减。可用的相关硬件设备包括电脑和路由器、局域网络、服务器等。

1.4 流程管理

按照中国医药生物技术协会生物样本库标准，结合我所实际情况制订生物样本库制度职责及标准操作流程（SOPs），其中包括人员管理、仪器设备管理、实验管理、样本采集、处理、存储、质量控制、运输流程、销毁管理等。出生缺陷生物样本库的建立后，采集工作环节由基层医生确定并签署知情同意书后，通过物流运送至我所实验筛检中心保存。

1.5 信息收集

采集的出生缺陷样本中，唐筛和高通量无创产前检测的入库样本信息包括：基本信息（姓名、性别、年龄、身份证号、家庭住址、联系方式等）、病史（孕史、月经是否规律等）、环境接触史、B超检查结果以及随访资料等。对唐筛中的高危病例做进一步行高通量无创产前检测，提供进一步的样本搜集。耳聋基因调查的信息还要包括家族史调查、氨基糖苷类用药史、听力丧失程度等信息[8]。将人群分为孕前耳聋基因筛查高危人群（本人听力检测有听力损失或家族成员有耳聋患者）和孕前耳聋基因筛查一般人群（排除以上孕前耳聋基因筛查高危人群的孕前人群），对这两类的样本分离存储。

1.6 血液标本采集流程

唐筛标本：采集血液标本室温静置30 min后，4℃低温离心10 min，分离血清和血浆，将血清分装成两份，分装后加入冰袋经物流运输至本中心后登记存入-80℃保存。一管用于检测，一管做留存。高通量标本：抗凝血用STRECK管抽血邮寄，经第一次血浆分离和第二次血浆分离分成4管，每管800 μL标本入库，-80℃冰箱保存。耳聋基因样本：抗凝管血管送至经试剂盒提取DNA检测浓度合格后入库，-80℃冰箱保存。

1.7 样本命名和位置管理

对预录入的样本需进行编码，该编码在样本库软件系统内有且只有一个，不得重复。入库样本存入冻存箱的位置由操作者来分配，冻存管存入冻存盒、冻存盒存入冰箱逐步依次完成。对冰箱、冻存架和冻存盒进行编号，样本的位置编号由这3个编号组成。

1.8 监控管理样本质量

在样本收集到入库整个过程中，对从样本中提取的DNA样本，需定期抽查浓度，鉴定合格后可继续保存。所有样本应避免反复冻融。

1.9 软件开发技术和应用系统服务器

样本库数据库采用WebService技术开发并作为跨编程语言和跨操作系统平台的远程调用技术，采用Weblogic作为应用服务器，后台程序应用部署在服务器需下，保证数据库被访问。

2 软件管理出生缺陷生物样本库的实践应用和存在的问题

2.1 生物样本库的现况

出生缺陷预防样本来自2016年10月～2017年8月基层项目点采集的孕龄在14周～21+6周的孕妇10 062例唐筛普查标本，其中查出的高风险对象行高通量无创产前筛查的标本320例。于2015年10月～2017年4月收集的有耳聋家族史的人群耳聋基因筛查标本1980例以及样本提取核酸。

2.2 完善样本库管理制度

考虑到出生缺陷样本的特点，制订包括样本的采集、运输、处理及存储等流程的规范，形成《生物样本库采集运输管理说明》《生物样本库出入库说明》《生物样本库伦理准则》《生物样本库样本操作流程》《生物样本库管理系统使用说明》《生物样本库质量控制办法》等管理制度。

2.3 运行开发的样本库管理软件

利用开发的软件实时记录样本数量和位置，提高存贮容器的利用率及取样的准确性。由于来自于基层的大量样本信息都是用Excel登记信息传至我所实验筛检中心，开发样本库软件时考虑设计开发了Excel导入数据功能，可以实现样本基本信息数据批量录入。同时，样本库资料定期进行备份数据，以防数据丢失和安全控制。运行软件以来，利用软件管理实验室储存样本的冰箱温度和不同类型的样本录入，可以满足日常的管理和操作需求。

2.4 生物样本库样本利用情况

样本库建立既满足本机构出生缺陷研究需要，还满足省内基层实验室出生缺陷防治工作的需求。依托中心实验室的技术和仪器资源与基层共享检测技术和仪器设备的模式，已经有省内5个市县完成合作，将标本送至我所实验筛检中心进行检测和保存。检测出的结果反馈至各个基层的站点，对已孕夫妇进行生育指导和早期干预，避免相关出生缺陷风险，预防出生缺陷发生具有重要意义。同时，依托样本库的资源，已有多个科研项目在研。endprint

2.5 出生缺陷生物样本库存在的问题

目前出生缺陷样本库的入库对象的随访跟踪和妊娠结局调查机制尚未完善。由于人力、时间和资源等实际情况限制，尚未安排跟踪随访妊娠结局的工作。建议对于在前期筛查中发现的重点服务对象，根据研究的需要进一步制订下一步研究计划，对服务对象做有针对性的随访跟踪。

3 建立出生缺陷样本库的思考和展望

在实践中对建立生物样本库中的一些问题进行思考。第一，研究观念需要明确。研究者应该是组织标本的管理者而非所有者，管理者的职责应该是在遵守伦理学的基础上，保证样本安全合理的用于科学研究[9-10]。出生缺陷样本库收集的是针对孕妇和有障碍的人群和家族成员，对这一特殊群体如何合理地采集保留样本更应该慎重。研究计划中的人群涉及范围广，样本库中的样本数量巨大，尊重医学伦理道德和保护对象隐私的工作始终是根本。第二，样本库的空间和资源相对有限的，库存的样本也是有生命周期，需要有采集-整理-申请废弃的循环，所以，设立新的收集计划时候应该如何规划和处理之前的标本。有学者提出生物样本库主动式管理，在确保质量和数量的前提下，对库存样本的量化评分，适时调整库存，为生物样本库主动式管理的实现提供可能[11]。未来，根据样本的特点和年份等信息打分排序进行废弃的方式将使空间循环。第三，样本库的工作细节较多，由于样本从基层搜集，储存到样本保存前有诸多影响因素，如运输条件、温度变化等都会影响到样本的质量，从而影响样本最终的检测结果。因此，样本前处理中的时间、温度和存储运输容器都会影响样本的生命周期[12]。加之，样本本身的生物学特点不能反复冻融，搜集之初考虑是否分装也是采集计划的一部分。在采集的各个环节中的问题值得不断观察和改进，从而延长标本的生命周期。第四，建设样本库是个长期的工作，过程中需不断借鉴其他相关样本库的经验。国内已经有各种类型的样本库建设经验报道[13-15]，应借鉴先进的经验解决自身问题完善样本库的相关功能和设计。另外，出生缺陷样本库需要进一步做条码管理，在数据库支持的情况下将研究对象的信息和国家孕前优生健康档案结合，为后续研究提供更有力的支持。第五，生物样本库是江苏省基层出生缺陷研究的重要基础，随着出生缺陷的相关知识宣传和基层出生缺陷检测服务的项目在基层持续推广，基层获取的有效样本会迅速增加，基于基层机构建立出生缺陷生物样本库会面临着投入大、周期长、如何提高运转效率等问题，要有意识地提前规划设计空间、维护升级软件，提高管理水平[16-18]。因此，实验室人员水平是其中关键，由于实验室人员多为医院出身相对欠缺数据库、计算机硬件和软件知识，在这个信息化过程中对这些方面的知识需求更需要得到补充和专业人员的支持[19-20]。总之，样本库建设和实践中会遇到各种问题，不断解决问题将出生缺陷的生物样本库为群众提供良好的出生缺陷预防服务，帮助基层实施单位提升人才技术科研水平，才能更好地促进基层机构出生缺陷研究持续开展。

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（收稿日期：2017-09-01 本文编辑：程 铭）endprint